4.1. Учёт влияния атмосферных условий на величину расхода топлива

Номинальные (паспортные) значения мощности и удельного расхода топлива ДВС гарантируются при стандартных или нормальных атмосферных условиях (АУ).

В соответствии с международным стандартом 150 3046/1 нормальные атмосферные условия определяются следующими параметрами: давление P_ат = 100 кПа, температура T_ат = 300 K (27C), относительная влажность  = 60%.

В условиях эксплуатации геологоразведочного оборудования параметры атмосферного воздуха могут значительно отличаться от стандартных, например, в условиях высокогорья, жаркого или холодного климата.

В нестандартных условиях возникает необходимость определения допустимой мощности ДВС с целью предотвращения его перегрузки и расчёта изменения расхода топлива. В соответствии с международным стандартом расчётная, допустимая в нестандартных АУ мощность ДВС должна определяться по формуле:

, (90)

где _xi – коэффициент пересчёта эффективной мощности (здесь и в дальнейшем параметры и коэффициенты с индексом “x” характеризуют работу ДВС в нестандартных АУ).

Коэффициент пересчёта эффективной мощности следует рассчитывать по формуле:

, (91)

где K_xi – коэффициент пересчёта индикаторной мощности (или часового расхода топлива), определяется по формуле:

, (92)

где P_axi – фактическое атмосферное давление, кПа (можно принимать в зависимости от высоты над уровнем моря по табл. 15 ); T_axi – фактическая температура окружающего воздуха, K: T_axi = t_ax C + 273; T_cxi – фактическая температура жидкости в промежуточном холодильнике двигателей с газотурбинным наддувом и с охлаждением нагнетаемого воздуха, K; _xiP_sxi – парциальное давление водяного пара в фактических атмосферных условиях (определяется по табл. 16);  - коэффициент влажности (см. табл. 17); m, n, q – показатели степени для пересчёта мощности ДВС (принимаются по табл. 17).

Как видно из табл. 17, влажность воздуха учитывается только для карбюраторных двигателей ( = 1,0), а показатель степени q = 1,0 только в одном случае (для дизеле с турбонаддувом и охлаждением воздухом); для всех остальных типов дизельных двигателей  = 0 и q = 0.

Таким образом, для наиболее распространённых типов ДВС (дизели без наддува и с наддувом без охлаждения воздуха) коэффициент пересчёта часового расхода топлива следует определять по формуле:

. (93)

Если выразить фактическое атмосферное давление через величину высоты над уровнем моря, то формула (93) будет иметь вид:

, (94)

где В_i - высота над уровнем моря (м).

Для всех типов ДВС, работающих в закрытых помещениях (стационарных или передвижных), температуру Т_axi следует прини­мать равной T_аг , т.е. 300 К. Тогда величину K_xi для дизелей без наддува (или с наддувом без охлаждения воздуха) рекомендует­ся рассчитывать, пользуясь величиной высоты над уровнем моря, на которой работает ДВС, по формуле:

, (95)

Таблица 15

Зависимость атмосферного давления от высоты над уровнем моря

Высота над уровнем моря, м	Атмосферное давление, кПа	Высота над уровнем моря, м	Атмосферное давление, кПа
1	2	3	4
0	101,3	2600	73,7
100	100,0	2800	71,9
200	98,9	3000	70,1
400	96,6	3200	68,3
600	94,3	3400	66,6
800	92,1	3600	64,9
1000	89,9	3800	63,3
1200	87,7	4000	61,6
1400	85,6	4200	60,1
1600	83,5	4400	58,6
1800	81,5	4600	57,0
2000	79,5	4800	55,5
2200	77,5	5000	53,9
2400	75,6

Таблица 16

Парциальное давление водяного пара для различных значений температуры воздуха Т_ах и его относительной влажности φ_х

Температура Тах		φх, %
		100	80	60	40	20
К	°С	φх,·Рsx, кПа
253	-20	0,10	0,08	0,06	0,04	0,01
263	-10	0,23	0,21	0,16	0,10	0,05
268	-5	0,40	0,32	0,24	0,16	0,08
273	0	0,61	0,49	0,37	0,24	0,12
278	5	0,87	0,69	0,52	0,35	0,17
283	10	1,23	0,98	0,74	0,49	0,24
288	15	1,71	1,37	1,02	0,68	0,54
293	20	2,33	1,87	1,04	0,93	0,47
298	25	3,17	2,54	1,09	1,27	0,63
300	27	3,56	2,85	2,14	1,42	0,71
303	30	4,24	3,39	2,54	1,70	0,85
305	32	4,76	3,81	2,86	1,90	0,95
307	34	5,32	4,26	3,19	2,13	1,06
309	36	5,95	4,76	3,57	2,38	1,19
311	38	6,63	5,30	3,98	2,65	1,32
313	40	7,37	5,90	4,42	2,95	1,47
315	42	8,20	6,56	4,92	3,28	1,64
317	44	9,10	7,28	5,46	3,64	1,82
319	46	10,09	8,07	6,05	4,04	2,02
321	48	11,16	8,93	6,69	4,46	2,23
323	50	12,33	9,86	7,40	4,93	2,47

Таблица 17

Коэффициенты для пересчета мощности и расхода топлива четырехтактных ДВС

Типы двигателей	Показатели
	α	m	n	q
Дизели без наддува	0	1,0	1,0	0
Дизели с турбонаддувом: без охлаждения воздуха с охлаждения воздуха	0 0	0,7 0,7	2,0 1,2	0 1
Карбюраторные двигатели	1	1,0	0,5	0

Величина коэффициента мощности d_xi учитывает влияние АУ как на индикаторные показатели ДВС, так и на механический кпд. Это позволяет применять d_xi для оценки изменения не только эффективной мощности, но и удельного эффективного расхода топлива.

Пересчёт удельного эффективного расхода топлива следует про­изводить по формуле:

g_exi = _xig_eнi, (96)

где _xi - коэффициент пересчёта удельного расхода топлива;

_xi = K_xi/_xi, (97)

Формулу (96) можно преобразовать в уравнение, удобное для расчёта максимального часового расхода топлива, допустимого в данных АУ:

G_тxi = K_xiG_тнi, (98)

где G_тнi - часовой расход топлива при номинальной мощности (кг/ч).

Атмосферные условия оказывают влияние и на коэффициент нагрузки. В нестандартных АУ коэффициент нагрузки представляет собой отношение средней мощности ДВС к его допустимой мощности в данных АУ:

K_нi = N_{e cpi}/N_exi. (99)

Подставлял в формулу (99) выражение (90), получаем:

K_нi = N_ecpi/(_xiN_eнi). (100)

Формулы (90), (96) к (98) применимы для пересчёта толь­ко номинальных параметров ДВС. Для расчёта величины часового (кг/ч) и удельного (кг/кВтч) расхода топлива на режиме средней нагрузки, соответствующей К_н<1, рекомендуются уравнения:

G_тxi = N_eнig_eнiK_xi[K_тi(K_фiK_нi)² + (1-2K_тi)K_нi + K_тi], (101)

g_exi = g_eнi_xi[K_тiK_фi²K_нi + (K_тi/K_нi) - 2K_тi + 1], (102)

где K_тi - коэффициент, зависящий от типа ДВС, рассчитываемый по формуле

K_тi = 1 – (_мнi/_xi). (103)